KR20010053467A - 경작지로부터의 질산염 여과의 감소 - Google Patents

경작지로부터의 질산염 여과의 감소 Download PDF

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코그니스 도이치란드 게엠베하
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Abstract

본 발명은 수용성 유/수-형 알킬(올리고)글리코시드 화합물 (APG 화합물) 로 구성된 군으로부터의 환경학적으로 상용성인 계면활성제 화합물의, 스프링클링 및/또는 관개시에 경작지의 식물의 뿌리 영역으로부터 질산염의 여과를 방지하기 위한 첨가제로서 토양의 표면에 사용되는 용도에 관한 것이다. 바람직하게는, APG 화합물은 지방 구조를 갖는 친유성 포화 및/또는 올레핀성 불포화 탄화수소 라디칼 및 호기성 및 혐기성 분해 가능한 유기 화합물과 함께 토양에 사용된다.

Description

경작지로부터의 질산염 여과의 감소 {REDUCTION OF NITRATE LEACHING FROM CULTIVATED SOILS}
질소를 적절하게 공급하는 것은 식물의 영양 공급 및 경작에 있어서 중요하다는 것은 일반적인 상식이 되었다. 사용 조건하에 물에 가용성 및/또는 불용성인 질소 화합물은 유기 및 무기 비료 모두의 대표적인 성분이다. 모든 관련 분야에 있어서, 예를 들어 농업, 임업, 시골 관리 및 원예에 있어서, 특히 질소 기재 성장 보조제는 거대한 규모로 경작지에 도입된다.
오늘날의 용도에 있어서 다양한 종류의 질소 비료의 중요성 및 기능에 대한 정보는 관련 과학 문헌 [예를 들어, "Agrarwirtschaft", Grundstufe 1, Fachtheorie fur Bodenkunde, Chemie, Pflanzenernahrung u.a., BLV Verlagsgesellschaft Munchen, Landwirtschaftsverlag Munster-Hiltrup, 더욱 구체적으로 110 내지 113 쪽, 서브챕터 3.1.3 "Stickstoffdungemittel (Nitrogen Fertilizers)" 및 GARTENBAULICHE BERUFSSCHULE, Vol. 1, Grundwissen des Gartners, Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart, 7th Edition, 더욱 구체적으로 216 내지 219 쪽, "Stickstoffdunger (Nitrogen Fertilizers)" 로 명명된 서브챕터 및 인용문 중 관련된 218 쪽의 표 39 참조] 에서 찾을 수 있다. 대부분의 다양한 식물은 주로 물에 쉽게 용해되는 질산염 이온 (NO3 -) 의 형태로 질소를 흡수한다. 기타 용이하게 물에 녹거나 물에 잘 녹지 않는 형태는, 이들의 토양에 도입된 후, 특히 박테리아 개체군에 의해 개시되는 복잡한 질화 공정이 일어나서, 결국에는 모든 형태의 질소가 토양내에서 질산염 (종종 초석으로도 지칭된다) 으로 전환된다. 비록 상기 용이하게 용해하는 질소의 형태가 식물의 성장에 결정적으로 중요하지만, 식물의 뿌리 영역으로부터 토양의 깊숙한 층으로 질산염이 씻겨내리고 (wash-off), 결국에는 지하수로 씻겨내리는 문제를 동반한다. 이미 심각한 환경 오염의 원인이 되어 바람직하지 않은 상기와 같은 과정은 식물의 성장에 결정적인 식물의 뿌리 영역의 자연적인 관수 및/또는 관개의 불가피한 결과이다.
하기에 설명되는 본 발명의 교시는, 선택된 환경학적으로 안전한 계면활성 성분을 바람직하게는 하기에 정의된 기타 성분과의 혼합물의 형태로 토양에 도입하여, 식물의 뿌리 영역으로부터 질산염의 씻겨내림을 상당히 감소시킬 수 있다는 놀라운 연구에 기초한 것이다. 본 발명에 따른 교시의 특색을 상세하게 논의하기 이전에, 현재까지의 선행 비공개 특허 문헌의 기술적 교시를 참조한다.
현재까지의 선행 비공개 독일 특허 197 01 127.6 호는 식물의 성장을 촉진하기 위한 용도의 저-발포 계면활성 농축물을 개시하고 있다. 더욱 구체적으로, 상기 특허는 관수시에, 식물의 뿌리 내 및 주변에 물의 침투 및 살포를 강화하기 위한, 고농축의, 그러나 유동성을 갖고 주입 가능한 수성 계면활성제 기재 농축물의 형태의 저-발포 습윤 보조제를 개시하고 있으며, 상기 습윤 보조제는 환경학적으로 안전한 계면활성제 성분으로서, 유/수 형태의 알킬(폴리)글리코시드 화합물 (하기로부터 "APG 화합물" 로도 지칭한다) 을, 올레핀성 불포화 지방알콜 및 임의로 억포제/탈포제로서 다가 알콜과 지방산의 부분 에스테르 및, 추가로 점도 조절제로서 저급 수용성 알콜과의 혼합물의 형태로 함유한다.
한 중요한 양태에 있어서, 하기에 개시된 추가의 발전의 기술적 교시는, 상기 인용된 선행 독일 특허의 원리를 이용한다. 따라서, 상기 선행 독일 특허는 본 발명의 개시의 일부로서 본원에 특히 포함된다.
상기 인용된 선행 특허의 기술적 교시는 하기 문제에 근거한 것이다 : 지면의 관수 영역, 특히 식물이 조밀한 지면 영역의 외관상의 단순한 측정은 상당한 어려움을 야기할 수 있다. 이것의 한 예는, 규칙적인 관수에도 불구하고 비교적 작은, 또는 심지어는 비교적 큰 목초 지역이 말라버릴 수 있는, 부분적으로 보행자 및/또는 차량이 통행하는 목초 지역이다. 이러한 지역을 관수하려 하는 경우, 물은 토양 깊숙이 침투하지 않으며, 더욱 구체적으로는 목초의 뿌리 영역으로 침투하지 않는다. 그 결과, 상기 지역의 식물은 과건조를 통해 영양이 부족하게 되고, 뿌리가 뻗지 못하며, 건강하지 못하게 된다. 관수에 사용하는 물에 습윤제의 특성을 갖는 보조제를 사용하여, 토양, 및 더욱 구체적으로 식물의 뿌리 영역에 수성상을 우수하게 살포할 수 있다는 것이 공지되어 있다. 상기 선행 문헌의 교시에 따르면, 계면활성 보조제는 완전히 다른 분야에서 광범위한 규모로 사용되는 것으로 공지된 유/수 형의 APG 화합물로 일컬어진다. APG 화합물은 세제, 특히 세탁 세제용 계면활성 보조제이다.
상기 선행 특허의 교시는 식물의 성장을 촉진하기 위한 토양 관개에 있어서, APG-기재 수성 습윤 보조제가 또한 유용한 습윤 보조제라는 관찰에 기초한다. 그러나, 이러한 관점에서 하기의 해결해야할 문제가 남아있다 : 상기 종류의 APG-기재 비이온성 계면활성제는 수성 제형 중 특히 높은 발포성으로 두드러진다. 세제로의 용도를 위해, 이는 일반적으로 소비자에게 환영받는다. 그러나, 본 발명이 고려하는 용도 분야를 위해서는, 바람직하지 않을 뿐만 아니라, 명백한 단점이 될 수도 있다. 전형적인 억포 첨가제는 세제 분야에 공지되어 있으나, 본 발명이 고려하는 용도, 즉, 건강한 식물 성장을 촉진하기 위해서는 적합하지 않다. 상기 선행 특허의 기술적 교시는 APG 기재 계면활성 성분과 조합하여 식물의 성장을 저해하는 것이 아닌, 실제로 촉진하는 선택된 탈포제 또는 억포제를 사용한다. 선택된 상기 탈포제는 상기 지방 알콜 및/또는 지방산과 저급 다가 알콜의 부분 에스테르이다.
선행 특허의 교시가 제기하는 또 다른 문제점은, 상기 다성분 혼합물을 물로 용이하게 희석 가능한 형태로 제조하고, 상온에서도 농축물의 적절한 "분배성 (portionability)" 을 보장하는 것이었다. 선행 특허에 따른 교시가 제공하는 기술적 해결책은, 제한된 양의 저급 수용성 알콜의 사용을 통해 점도가 조절되는, 상기 유/수 형의 APG 화합물을 함유하는 다성분 혼합물과, 수성 농축물에 언급된 종류의 선택된 억포제에 있다.
하기에 설명되는 본 발명에 따른 또 다른 개발은 하기의 추가적인 관찰에 기초한 것이다 : 문제의 종류의 APG 기재 습윤 보조제는 토양 구조 및 따라서 식물의 뿌리 영역으로에의 관개수의 침투를 촉진할 뿐만 아니라, 토양에 도입되고/되거나 식물의 지상부에 가해진 다성분 수성 혼합물은, 지하수로 수용성 질산염이 씻겨나가는 원하지 않는 상기 문제를 해결하는 것을 돕는 기대하지 않았던 효과를 나타낸다.
발명의 요지
따라서, 본 발명은 우천 및/또는 관수시에, 경작지의 식물 뿌리 영역으로부터 씻겨나가는 질산염을 억제하기 위한 보조제로서, 토양 표면으로 유/수 형의 수용성 알킬(올리고)글리코시드 화합물 (APG 화합물) 의 군으로부터 환경학적으로 안전한 계면활성제 화합물의 도입을 통한 이들의 용도에 관한 것이다.
본 발명에 따른 교시의 특징
본 발명에 따라 사용되는 APG 군 화합물은, 본 발명에 따라 선택된 구현예에서 일반적인 사용 조건하에, 특히, 통상적인 온도하에, 유/수 형의 계면활성제인 환경학적으로 안전한 계면활성 성분이며, 즉, 물과 혼합되는 경우, 상기 범위의 온도에서 유동성인 수불용성 유기 성분을 수중유 형태의 제형으로 전환시킨다.
본 발명에 따른 용도 분야를 위해서, 상기 APG 화합물 및, 특히 상기 계면활성제의 수성 제형은 토양의 표면에, 또는 표면 내에 대표적인 N-함유 무기 및/또는 유기 비료와 상이한 시간 및/또는 동일한 시간에 도입될 수 있다. 본 발명의 바람직한 구현예에서, APG 화합물 또는 이들의 수성 제형은 토양 미생물 개체의 증식을 촉진하고, 더욱 구체적으로 상응하는 미생물 식물상을 강화시키기 위한, 유기적으로 결합된 탄소를 함유하는 탄소원과 상이한 시간 및/또는 바람직하게는 동일한 시간에 도입된다. 하기에 상세히 설명되는 바와 같이, 특히 적합한 탄소원은 지방 구조의 친유성 포화 및/또는 올레핀성 불포화 탄화수소 라디칼을 함유하고, 상기 유/수 에멀젼 및/또는 분산액의 형태로 APG 화합물과 함께 토양에 도입되는, 호기성 또는 혐기성 분해 가능한 유기 화합물이다. 본 발명에 따른 교시의 특히 중요한 한 구현예에 있어서, APG 화합물은 토양에 공급되어, 저급 1가 알콜과 지방산의 부분 에스테르 및/또는 지방 알콜과의 혼합물로, 바람직하게는 상기 수성 제형의 형태로 상부 토양층에 혼입된다. 이들 특정 구현예를 더욱 상세히 논의하기 전에, 바람직하게 사용되는 다성분 혼합물의 개별적 성분을 우선 하기에 상세하게 확인한다.
유/수 형의 APG 화합물
우선 APG 화합물의 제조 및 특성에 관한 광범위한 과학적 지식 및 문헌을 참조하며, 특히, 본 발명에 관련된 APG 화합물의 종류에 대해서, 예를 들어 Hill 등의 문헌 ["Alkyl Polyglycosides", VCH-Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim 1997] 을 참조한다. EP 0 230 598 B1 호의 개시 역시 APG 화합물의 제조 및 특성에 관한 상세한 정보를 제공한다.
본 발명의 목적에 바람직한 APG 화합물은, 알킬기가 직쇄 지방 알콜로부터 주요부 이상이 유도된 알킬(올리고)글루코시드가 일부 이상이, 특히 주요부 이상이 사용되는 것을 특징으로 한다. 이러한 종류의 화합물은 광범위한 용도에 사용되는 계면활성 보조제이다. 산업적인 규모의 이들의 용도를 위해, 많은 요인이 중요하다. APG-기재 습윤제는 전적으로 천연물 기재일 수 있다는 것이 공지되어 있다. 이들은 지방 알콜과 모노-, 올리고- 및/또는 폴리사카라이드의 반응 생성물로 수득된다. 폴리사카라이드 및/또는 고급 올리고사카라이드가 지방 알콜과 사용되는 경우에, 요구되는 APG 화합물이 형성되기 이전에 산-촉매화 반응 도중 가수분해 및/또는 알콜 분해에 의해 해중합이 우선 개시한다. APG 화합물의 형성을 위한 바람직한 사카라이드 성분은 글루코스 및 상응하는 올리고- 및 폴리글루코스이다. 그러나, 기타 적절한 반응물은 만노스, 갈락토스, 아라비노스 및 기타 유사한 모노-, 올리고- 및/또는 폴리글리코시드 기재의 사카라이드 화합물이다.
본 발명의 목적에 적합한 형태의 APG 화합물은 일반식 R-O-(G)x의 반응 생성물로 수득된다 (식중, R 은 1차, 바람직하게는 탄소수 6 이상, 바람직하게는 8 내지 24, 더욱 바람직하게는 8 내지 18 의 직쇄 지방족 탄화수소 라디칼이고, G 는 탄소수 5 또는 6 의 글리코스 단위체이며, 바람직하게는 글루코스이다). 본 발명이 관련된 계면활성제의 군에 있어서, 올리고머화도 x 및, 따라서 모노글리코시드 및 올리고글리코시드의 분포를 나타내는 소위 DP 값은 통상 약 1 내지 10, 예를 들어 약 1.2 내지 5, 바람직하게는 약 1.2 내지 4, 더욱 바람직하게는 1.2 내지 2 이다.
유/수 형의 APG 화합물, 즉 수중유 에멀젼을 형성할 수 있는 상기 종류의 계면 활성 성분은 비교적 높은 HLB 값이 현저함이 공지되어 있으며, 즉, 7 이상, 바람직하게는 8 또는 9 이상이며, 10 내지 18 범위의 HLB 값이 특히 중요하다.
본 발명에 따라 사용되는 지방 알콜
상기한 바와 같이, 본 발명에 따라 사용되는 다성분 혼합물의 상기 성분에 다기능적 중요성이 있다. 한편으로, 이들은 물-희석 제형 중 다성분 혼합물의 실제적인 용도에 있어서 억포제로서 유용하며, 다른 한편으로 이들은 미생물 성장을 위한 탄소원으로서 작용하며, 더욱 구체적으로 토양에 사용된 경우, 특히 식물의 뿌리 근처에 사용되는 경우에 유기 영양성 (organotrophic) 미생물의 성장의 촉진을 위해 작용한다. 지방 알콜은 자연적 과정에 의해 호기성 및 혐기성 분해가 모두 가능하다. 본 발명에 따른 유기 영양성 성장에 결정적인 탄소원으로서, 이들은 이들의 분자 구조에 지방 구조의 친유성 탄화수소 라디칼을 나타내며, 따라서 에너지를 제공하는 C-H 기의 비교적 높은 농도를 나타낸다.
본 발명에 따르면, 다성분 혼합물 중 바람직한 지방 알콜은 분자 내에 6 내지 8 개 이상의 탄소 원자를 특징으로 하며, 10 내지 28 개의 탄소 원자를 함유하는 모노올레핀성 및/또는 폴리올레핀성 불포화 지방 알콜 및, 더욱 구체적으로 12 내지 24 개의 탄소 원자를 함유하는 상응하는 지방 알콜이 특히 바람직하다. 적합한 지방 알콜의 선택을 위한 다른 바람직한 파라미터는 다성분 혼합물의 상기 성분의 응결 범위에 있다. 20 ℃ 이하, 특히 10 내지 15 ℃ 이하의 응결 범위를 갖는 상응하는 성분이 바람직하다.
본 발명에 따라, 본원에 논의되는 종류의 천연 물질 기재 지방 알콜을 사용하는 것이 바람직하지만, 본 발명에 따른 교시는 이러한 지방 알콜에 국한되지 않는다. 합성 기원의, 심지어는 분지쇄를 가질 수 있는 지방 알콜 또한, 본 발명에 따른 교시의 문맥 중 적합한 혼합물 성분이다. 특히, 상기 알콜 성분(들)의 응결 범위의 할당은 상기와 같은 방법으로 영향받을 수 있다.
본 발명의 목적에 적합한 지방산 부분 에스테르
상기 지방 알콜에 추가로 및/또는 대신에, 특히 저급 1가 알콜의 지방산 부분 에스테르 역시 본 발명에 따른 교시의 문맥에 있어서 중요한 혼합물 성분일 수 있다. 특히 저급 다가 알콜에 있어서, 탄소수 2 내지 6, 특히 3 내지 5 의 상응하는 화합물이 적합하다. 천연 물질로서의 용이하게 얻을 수 있다는 점에 있어서, 상응하는 글리세롤 부분 에스테르가 특히 중요하다. 문제의 부분 에스테르 군의 지방산은 통상 탄소수 10 내지 24 의 상응하는 화합물에 할당되며, 상응하는 C12-20모노카르복실산이 특히 적합하다. 상기 종류의 지방산은 자연적인 공급원으로부터 출발 물질로서 다량으로 상업적으로 얻을 수 있다는 것이 공지되어 있다. 이 경우에도 마찬가지로, 모노올레핀성 및/또는 폴리올레핀성 불포화 지방산을 사용하는 것이 특히 유리하다. 문제의 활성 성분의 특히 적합한 군은 올레핀성 불포화 C16/18모노카르복실산을 갖는 글리세롤의 부분 에스테르, 특히 상응하는 모노에스테르가 중요하다. 기술적으로 다량으로 얻을 수 있는 이러한 종류의 지방산 에스테르는 글리세롤 모노올레에이트이다.
상기 지방 알콜과 동일한 방법으로, 본원에 기술된 구성을 갖는 지방산 에스테르는 자연적인 과정으로 토양 내에서 호기성 및 혐기성 분해 가능하다. 이들은 또한 식물의 뿌리에 바로 인접한 미생물의 유기 영양성 성장을 위한 결정적인 탄소 공급원이다. 이들의 용도는 또한 토양 미생물 성장의 촉진에 의해, 식물 성장을 간접적으로 강화시킨다.
본 발명에 따른 교시의 추가의 특징
본 발명에 따르면, APG 화합물과 함께 혼합 성분으로서 지방 알콜만을 사용하거나, 지방산 부분 에스테르만을 사용하는 것이 가능하다. 그러나, 한 구현예는 지방 알콜 및 지방산 부분 에스테르의 조합의 사용을 특징으로 한다. 바람직한 혼합비 -무수 성분의 중량부 기준- 는 약 1:1 내지 1:10 의 범위이다. 지방 알콜 및 지방산 부분 에스테르는 바람직하게는 1:1 내지 1:5, 더욱 바람직하게는 1:1 내지 1:3 의 비율 (무수 성분의 중량부) 로 혼합된다.
본 발명에 따라 사용되는 다성분 혼합물에 있어서, APG 성분은 지방 알콜 및/또는 부분 에스테르에 대해 실질적으로 동일량 이상으로 사용되며, APG 대 지방 알콜 및/또는 부분 에스테르의 혼합비는 1:1 내지 5:1, 바람직하게는 1:1 내지 3:1, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 2.5:1 이 바람직하다. 이들 값은 무수 혼합 성분(들)에 대한 혼합물의 중량부를 나타낸다.
그러나, 본 발명에 따른 교시는 과량의 APG 성분의 사용에 한정되지 않는다. 억포제로서 사용되는 상응하는 과량의 지방 알콜 및/또는 지방산 부분 에스테르의 혼합물 역시 본 발명에 따른 교시의 범위에 해당한다.
상기한 선행 독일 특허 197 01 127.6 호에 따르면, 본 발명에 관련된 종류의 다성분 혼합물은 통상 시판되며, 유동성 수성 농축물의 형태로 소비자에게 공급된다. 사용자는 요구되는 바에 따라 토양 및 식물에 다성분 혼합물을 사용하기 위해 물로 농축물을 희석한다. 다성분 혼합물이 물에 용이하게 희석 가능한 농축물의 형태로 제조될 수 있도록, 심지어는 상온에서의 적절한 "분배성" 이 보장되어야 한다. 상기 선행 문헌의 교시는, 수성 APG 농축물이 상기 지방 알콜 및/또는 부분 에스테르 기재의 억포제/탈포제와 혼합되는 경우에, 증점화 겔, 즉, 자유롭게 유동적이지 않는 겔이 용이하게 형성되는 것을 명확히 하고있다. 따라서, 선행 문헌에 있어서, 심지어는 실온에서도 한정된 양의 저급 1가 알콜 및, 특히 한정된 양의 에탄올을 첨가하여 유동성 및 주입성을 보장하는 것이 제안되었다. 본 발명에 따른 그들의 용도의 문맥에 있어서 상기 혼합물에 동일하게 적용된다. 바람직한 저급 1가 알콜은 탄소수 4 이하의 상응하는 화합물이다.
한 중요한 구현예에 있어서, 본 발명에 따른 교시는 저급 1가 알콜 및, 특히 실온에서 유동성인 저급 다가 알콜이, 상기 다성분 혼합물의 성분에 추가로 혼합물 성분으로서 사용된다. 또한 다성분 혼합물의 문맥에 있어서 상기 다가 알콜에 다기능적 중요성이 부여된다. 비교적 높은 비점을 갖는 액체 혼합물 성분으로서, 이들은 특히 농축물의 취급 및, 따라서 농축물의 분배성에 요구되는 유동성을 촉진하고; 다른 한편으로, 이들 성분은 -토양에 도입된 후- 미생물 성장의 추가의 탄소 공급원의 형태의 영양분으로서 작용하며, 특히 근권 (rhizosphere) 및/또는 미코리자 (micorrhiza) 영역에 작용한다. 바람직한 다가 알콜은 탄소수 2 내지 6, 바람직하게는 탄소수 2 내지 4 의 상응하는 화합물이며, 특히 글리세롤 및/또는 글리콜이 중요하다. 본원에 있어서의 문제의 성분의 물에 대한 높은 용해도는 또한 다성분 혼합물의 실제적인 용도에 유용할 수 있다. 본원에서 논의되는 혼합물 성분의 바람직한 양은 통상적으로 30 내지 35 중량 % 이하, 바람직하게는 20 내지 25 중량 % 이하, 및 더욱 바람직하게는 5 내지 15 중량 % 의 범위이다 (중량 % 는 처리할 토양 지역에 사용하기 위한, 물로 희석되는 상기 농축물의 형태의 다성분 혼합물 기준임).
혼합물의 성분으로서의 상기 불포화 지방 알콜에 추가로, 또는 대신에, 억포제/탈포제로서 올레핀성 불포화 테르펜 알콜이 또한 적합하다. 테르펜 알콜은, 탄소수 10 내지 40 의 식물성 기원의 비환식 또는 모노시클릭, 비시클릭 또는 트리시클릭 폴리올레핀성 불포화 알콜이다. 테르펜 알콜은 바람직하게는 억포제/탈포제로서 자연적으로 발생하는 형태로 사용된다. 특히 바람직한 대표적인 예는 다양한 테르핀올의 혼합물, 예컨대 문헌 [Rompp, Chemielexikon, p 3451, Vol. 4, 9th Edition 1991] 에 기술된 α- 및 β-테르핀올, α-펜킬 알콜, 보르네올 및 이소보르네올의 혼합물인 파인 오일이다. 파인 오일은 추가로 기타 비-알콜성 화합물, 예를 들어 캄포, 아네톨 및 에스트라골을 소량 함유한다. 파인 오일은 다양한 소나무 종의 수지 함유 그루터기 및 루트 우드 (root wood) 로부터, 예를 들어 백유 또는 클로로포름으로 추출한 후 분별 및 증류하여 수득된다.
상기한 바와 같이, 탈포제 성분은 통상적으로 활성 성분에 대해 APG 성분보다 소량으로 존재한다. 탈포제 성분이 현저하게 작은 양으로 사용될 수 있는 혼합물이 바람직하다. 예를 들어, 약 10 내지 25 중량 %, 바람직하게는 약 15 내지 20 중량 % 의 탈포제 함량을 갖는 다성분 농축물이 본 발명의 목적에 적합하다.
점도 조절제로 사용되는 저급 수용성 1가 알콜은 상기 주요 성분의 종류 및 양에 대해, 임의로 사용되는 저급 수용성 다가 알콜, 및 다성분 혼합물에 존재하는 물의 총량으로 결정된다. 하한으로서, 점도 조절제를 약 5 내지 7 중량 %, 상한으로서 12 내지 25 중량 % 를 첨가하는 것이 특히 적합하다. 에탄올을 약 5 내지 20 중량 %, 특히 10 내지 15 중량 % 를 첨가하는 것은 일반적으로 다성분 혼합물에 심지어는 실온에서의 바람직한 유동성 및 주입성의 방향으로 점도에 충분한 영향을 끼친다.
다성분 농축물의 함수량은 일반적으로 약 50 중량 % 이하이며, 바람직한 구현예에 있어서 더 낮은 값을 갖는다. 예를 들어, 다성분 혼합물의 함수량으로서 최대 약 30 내지 45 중량 % 가 특히 적합하다. 일반적으로, 다성분 혼합물의 함수량은 이보다 훨씬 적고, 예를 들어 10 내지 20 중량 %, 바람직하게는 10 내지 15 중량 % 의 범위이다.
실제로, 본 발명에 따른 계면활성제 함유 다성분 혼합물은, 무수 혼합물에 대해 약 0.5 내지 1 g/m2이상, 및 바람직하게는 약 3 내지 5 g/m2이상의 APG-함유 다성분 혼합물이 토양 위로 또는 토양 내로 도입되는 양으로 처리할 토양에 물에 희석된 형태로 사용된다. 사용되는 다성분 혼합물의 양의 바람직한 상한선 (무수 혼합물에 대해) 은 25 내지 30 g/m2이며, 다량, 예를 들어 40 g/m2이하, 심지어는 50 g/m2이하의 양의 사용 역시 본 발명에 따른 교시의 중요한 양태이다.
본 발명에 따른 계면활성제 함유 다성분 배합물은 연중 1회, 심지어는 수회, 특히 식물의 성장기 동안에 사용될 수 있다. 더욱 구체적으로, 본 발명에 따른 다성분 혼합물의 사용을 위해 선택된 시간은, 종류 및 양에 있어서 수행할 토양 비옥화의 특정 공정과 조화된다. 본 발명에 따른 보조제의 사용에 의한 희망하지 않는 질산염의 씻겨내림의 예방은 특히 일반적인 전문 지식에 기초하여 각각의 개별적인 경우에 있어서 씻겨내리는 질산염의 가용량에 영향을 받는 것을 이해할 수 있다. 아직까지 본 발명에 따른 교시가 근거하는 기술적 효과에 관한 명백한 설명은 없지만, 본 발명에 따라 도입된 계면활성제 기재 다성분 혼합물의 영향하에 수용성 질산염 성분의 상부 토양 구조에의 수평 살포, 및 따라서 미세한 분배는, 희망하는 바람직한 효과를 위해 함께 원인이 됨을 추정할 수 있다.
농경지로부터 질산염이 씻겨내리는 것에 대해서, 수용액의 용출 특성이 동일한 작업 조건하에 결정되는 비교 시험 및 이들 시험의 결과를 하기 실시예에 설명한다.
"Magic Wet" 의 상표명으로 등록된 Henkel KGaA 사가 시판하는 시판품의 수성 제형을 본 발명의 교시에 따라 유/수 형 APG 화합물로서 사용하였다. Magic Wet 은, 수성 농축물 형태의 유/수 형의 계면활성 APG 화합물에 추가로, 지방 알콜 및 지방산 부분에스테르로부터 선택된 억포제 및 점도 조절제를 함유하는 상기 종류의 다성분 혼합물이다.
다른 점에서는 동일한 작업 조건하에 수행된 비교 시험에서, 질산염의 씻겨내림에 대해 상이한 APG 농축물을 사용하여 수성 APG 제형의 용출 특성을 측정하였다. 상기 시험은 용출액으로서 APG 를 함유하지 않는 수돗물의 사용과 비교하였다.
한편으로는 상업적으로 가용한 액체 비료의 수성 제형을 사용하고, 다른 한편으로는 수성 용출액으로서 Magic Wet 를 추가로 함유하는 동일한 수성 액상을 사용하는 두 번의 추가의 시험을 수행하였다. 사용되는 액체 비료는 N:P2O5:K2O 비가 6:4:4 인 것을 특징으로 하는 Substral (등록상표) 이다. 액체 비료는 3 중량 % 의 수성 제형의 형태로 시험에 사용하였다.
하기 절차를 채택하였다.
새로 도입된 촉촉한 황토 토양을 모르타르에 균질화시키고, 5 mm 메시의 체로 거른다. 이전의 기록으로부터, 사용된 토양은 질소, 특히 가용성 질산염을 함유한다. 사용된 토양은 86.5 중량 % 의 건조 중량을 갖는다. 50 g 의 촉촉한 토양을 스탠드에 수직으로 고정된 10 cm 길이의 유리 프릿에 도입하여, 사용된 특정 시험 용액이 위로부터 각각의 유리 프릿에 떨어지거나 부어질 수 있도록 하였다. 퇴적되는 특정 용출물은 유리 프릿 밑에 회수하였다.
1 ml 의 시험 용액이 위로부터 떨어지고, 5 ml 의 물 또는 다성분 용액이 위로부터 각각의 유리 프릿에 부어진다. 5 내지 10 분 내에, 상기 부피의 액체가 침투하고 유리 프릿 내의 토양에 흡수된다.
이어서 5 ml 의 물을 용출시킬 특정 유리 프릿의 헤드에 가하여 용출 단계를 수행한다. 용출물을 회수한다. 회수한 용출물의 양 및 mg/ℓ단위의 용출물 중 질산염의 농도를 측정하였다.
하기의 실시예 1 내지 6 의 각각의 일련의 시험을 상이한 시간에 3 회 반복하였다. 첫 번째 시리즈의 시험은 특정 유리 프릿에 제공된 토양에 사용된 특정 시험 용액의 사용 및 분배 직후 용액의 용출을 측정한다. 두 번째 시리즈의 시험은 특정 시험 용액의 사용 및 도입 7 일 후 수행된다. 끝으로 세 번째 시리즈의 시험은 토양으로의 시험 용액의 도입 및 이어지는 용출 사이의 기간을 14 일로 연장한다. 더욱 구체적으로 :
실시예 1 : 시험 용액으로서 순수한 수돗물이 사용된 블랭크 시험.
실시예 2 : 시험 용액으로서 1.25 중량 % 수성 Magic Wet 용액이 사용된다.
실시예 3 : 시험 용액으로서 2.5 중량 % 의 수성 Magic Wet 용액이 사용된다.
실시예 4 : 시험 용액으로서 5.0 중량 % 의 수성 Magic Wet 용액이 사용된다.
실시예 5 : 시험 용액으로서 3 중량 % 의 수성 Substral 용액이 사용된다.
실시예 6 : 시험 용액으로서 1.25 중량 % 의 Magic Wet 를 함유한 상기 수성 Substral 용액이 사용된다.
실시예 1 내지 4 에서, 조사할 특정 토양 샘플로 추가의 질소를 도입하지 않은 반면, 실시예 5 및 6 은 50 g 의 토양에 대해 9 mg 의 추가의 질소를 사용하였다.
제 1 측정에 있어서, 0 일, 7 일 및 14 일 후, ml 단위의 용출 특성을 측정하였다. 하기의 결과를 얻었다 :
실시예 용출 부피 (ml)
0 일 후 7 일 후 14 일 후
1 5 3.3 3.0
2 6.5 2.3 2.1
3 6.5 2.0 3.1
4 6.5 2.4 2.4
5 6.0 3.0 2.8
6 6.5 2.1 2.2
용출 가능한 물의 부피, 즉, 토양의 물 보유 용량은 특정 시험 용액의 사용 직후 실시예 2 내지 6 이 비교예 1 보다 약간 높았다. 7 일 후 및 14 일 후에는 상기 효과가 더 이상 뚜렷하지 않았다.
표 1 의 데이터에 따라 수득한 용출물에서, 특정의 개별적인 경우에 효과적으로 씻겨내린 질산염의 함량을 분석학적으로 측정하였다. 하기의 표 2 는 표 1 과 동일한 순서로 수득한 결과를 요약한 것이다.
실시예 측정된 질산염 함량 (mg)
0 일 후 측정 7 일 후 측정 14 일 후 측정
1 0.2 0.132 0.21
2 0.065 0.03 0.95
3 0.013 0.012 0.028
4 0.013 0.012 0.02
5 13.5 6.513 7.08
6 12.35 4.032 4.33
결과의 비교는, 물의 용출로 씻겨내린 질산염의 양이, Magic Wet 의 첨가로 인해 성공적으로 감소된 것을 나타낸다. 예를 들어, 실시예 1 (0 일 후) 의 대조 샘플 중 0.2 mg 의 씻겨내린 질산염은, 0.065 mg 으로 감소되었으며, 따라서 1.25 중량 % 의 Magic Wet 용액을 사용한 원래의 씻겨내린 질산염의 32 % 이다. 이러한 효과는 다량의 Magic Wet 를 사용하여, 예를 들어2.5 중량 % 의 Magic Wet 용액을 사용하여 원래의 질산염 씻겨내림의 6.5 % 로 추가로 개선될 수 있다.
액체 비료에 의해 추가로 도입된 질소 (50 g 의 토양에 대해 9 mg N, 30.6 mg 의 NO3에 상응) 는 용출 액상 내에 Magic Wet 의 사용으로 더 큰 함량으로 토양에 유지된다 (실시예 5 및 6 의 수치 데이터 비교 참조).
실시예 7
여과 시험의 형태의 다른 시험을 수행하여 다양한 비료의 질소 방출 용량을 조사하고, 본 발명에 따른 혼합물의 씻겨내림의 감소 효과를 연구하였다. 이러한 목적으로, 토양의 블록 (컬럼) 을 거의 손상시키지 않고 농경지로부터 이동시키고, 토양 중 자갈 배수층을 갖는 1 미터 길이의 라이시미터 (lysimeter) 에 저장하였다. 토양은 경토 (light soil) 로 분류되었다 (sl = 모래 양토). 두 가지의 종래의 미립 비료를 사용하였다 (니트로쵸크 및 Floranid Master). 두 경우 모두에, 사용된 양은 헥타아르 당 200 kg 의 순수 질소이다. 각각의 변형을 수 회 반복하였다. 본 출원사가 "Magic Wet" 의 상표명으로 시판하는 본 발명에 따른 혼합물을 물의 양의 10 배로 2 g/m2(20 kg/ha) 의 양으로 사용하였다. 비료를 가하지 않은 자연적인 질소 함량을 갖는 토양의 컬럼을 대조군으로서 사용하였다. 본 시험 내내, 용기를 천연 기후에 노출시켰다. 낮과 밤의 온도는 각각 15 내지 25 ℃ 및 14 내지 18 ℃ 였다. 시험이 시작할 때에, 본 발명에 따른 시험 물질 및/또는 비료를 토양 컬럼의 표면에 가하고 관수하였다. 1 주당 40 mm 의 우천의 강우를 시뮬레이션 하였다. 배수를 회수하였다. 시험 개시 후 10 일, 20 일 및 30 일 후, 질산염에 대해 배수를 분석하고 (흐름 주입 분석법), 평균 질산염 방출을 측정하였다.
니트로쵸크 비료가 가해진 블록/컬럼의 배수는 Floranid Master 비료가 가해진 블록/컬럼의 질산염 함량 및 비료를 가하지 않은 대조군보다 현저히 높은 질산염 함량을 갖는다 (표 3).
어떠한 경우에도, 본 발명에 따른 "Magic Wet" 혼합물의 단독 사용은 배수 내의 질산염의 함량의 현저한 감소를 유발한다. 예를 들어, Floranid Master 비료가 사용된 블록/컬럼의 질산염의 씻겨내림은 58 mg NO3/ℓ 로부터 45 mg NO3/ℓ 로 감소하였다.
배수 1 ℓ중질산염 mg Magic Wet사용하지 않음 Magic Wet사용 하기 수치로 감소
"비료를 사용하지 않은" 대조군 44.2 25.6 58 %
Floranid Master 58.6 45.2 77 %
니트로쵸크 64.8 52.1 80 %
시험 기질은 자연적으로 배양된 농경에 사용되는 토양이다. 본 발명에 따른 혼합물은 농경지의 질산염의 씻겨내림을 감소시킬 수 있다는 것이 밝혀졌다. 한편으로, 이는 추가의 질산염 오염으로부터 지하수를 보호하고; 다른 한편으로 비싼 비료를 경작 식물의 뿌리 영역에 유지하며, 더욱 효과적인 비료의 사용에 기여한다.

Claims (19)

  1. 유/수 형의 수용성 알킬(올리고)글리코시드 화합물 (APG 화합물) 의 군으로부터의 환경학적으로 안전한 계면활성제 화합물의 용도로서, 토양의 표면으로의 이들의 도입을 통한, 우천 및/또는 관수 도중 경작지의 식물의 뿌리 영역으로부터 질산염의 씻겨내림 (wash-off) 을 억제하기 위한 보조제로서의 용도.
  2. 제 1 항에 있어서, APG 화합물이 N-함유 무기 및/또는 유기 비료와 상이한 시간 및/또는 동일한 시간에 토양 표면위로 또는 토양 표면내로 도입되는 것을 특징으로 하는 용도.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, APG 화합물이 토양의 미생물 개체의 성장을 촉진하기 위한, 특히, 상응하는 미생물 식물상을 강화하기 위한, 유기적으로 결합된 탄소를 함유하는 탄소 공급원과 상이한 시간 및/또는 바람직하게는 동일한 시간에 도입되는 것을 특징으로 하는 용도.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, APG 화합물의 수성 제형 및 C 공급원이 토양 표면내로 도입되는 것을 특징으로 하는 용도.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, APG 화합물이 지방 구조의 친유성 포화 및/또는 올레핀성 불포화 탄화수소 라디칼을 함유하는 호기성 및 혐기성 분해 가능한 유기 화합물과 함께 토양에 도입되는 것을 특징으로 하는 용도.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, APG 화합물이 지방 알콜 및/또는 지방산과 저급 다가 알콜의 부분 에스테르와의 혼합물로, 바람직하게는 수성 제형의 형태로 토양에 사용되는 것을 특징으로 하는 용도.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 실질적으로 포화된 C8-14헤드 분별화 (head-fractionated) 지방 알콜 기재의 APG 화합물이 사용되는 것을 특징으로 하는 용도 (주요부 이상이 APG 분자 구조 내에 C8/10지방 알콜을 함유하는 APG 화합물이 바람직하다).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 바람직하게는 1.2 내지 5 의 DP 값 및 10 내지 18 의 HLB 값을 갖는 알킬 올리고글루코시드가 APG 화합물로서 사용되는 것을 특징으로 하는 용도.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 분자 내에 6 내지 8 개 이상의 탄소 원자를 함유하는 지방 알콜, 및 바람직하게는 10 내지 28 개, 특히 12 내지 24 개의 탄소 원자를 함유하는 모노- 및/또는 폴리올레핀성 불포화 지방 알콜이 APG 화합물을 함유하는 다성분 혼합물에 사용되는 것을 특징으로 하는 용도.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 20 ℃ 이하, 바람직하게는 10 내지 15 ℃ 이하의 응결 범위를 갖는 지방 알콜이 사용되는 것을 특징으로 하는 용도.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 2 내지 6 개, 바람직하게는 3 내지 5 개의 탄소 원자를 함유하는 다가 알콜의 지방산 부분 에스테르, 특히 글리세롤 부분 에스테르가 다성분 혼합물에 사용되는 것을 특징으로 하는 용도.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, C10-24, 특히 C12-20지방산으로부터 지방산 부분 에스테르가 유래되는 것을 특징으로 하는 용도 (모노올레핀성 및/또는 폴리올레핀성 불포화 지방산이 바람직하다).
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 글리세롤과 올레핀성 불포화 C16/18모노카르복실산의 부분 에스테르, 특히 글리세롤 모노올레에이트가 사용되는 것을 특징으로 하는 용도.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 지방 알콜 및 부분 에스테르, 및 바람직하게는 APG 화합물이 또한 천연 물질 기재인 것을 특징으로 하는 용도.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 지방 알콜 및 지방산 부분 에스테르가 동시에 사용되며, 1:1 내지 1:10, 바람직하게는 1:1 내지 1:5, 더욱 바람직하게는 1:1 내지 1:3 의 혼합비 (무수 성분에 대한 중량부) 로 사용되는 것을 특징으로 하는 용도.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, APG 화합물이 지방 알콜 및/또는 부분 에스테르의 중량에 대해 실질적으로 동일한 양 이상의 양으로 사용되는 것을 특징으로 하는 용도 (APG:지방 알콜 및/또는 부분 에스테르의 혼합비는 무수 혼합물 성분에 대한 중량부로서 1:1 내지 5:1, 바람직하게는 1:1 내지 3:1, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 2.5:1 이 바람직하다).
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 바람직하게는 2 내지 6, 더욱 바람직하게는 2 내지 4 개의 탄소 원자를 함유하는 저급 다가 알콜, 특히 글리세롤 및/또는 글리콜이 다성분 혼합물에 첨가되는 것을 특징으로 하는 용도.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 추가의 점도 조절제로서 바람직하게는 1 내지 4 개의 탄소 원자를 함유한 저급 1가 알콜, 특히 에탄올을 함유한 다성분 혼합물의 유동성 농축물로부터 수득한 희석 수성 제형이 사용되는 것을 특징으로 하는 용도.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 바람직하게는 수성 에멀젼/분산액의 형태로 미세하게 분사되어, 무수 혼합물에 대해 1 내지 50 g/m2, 바람직하게는 3 내지 40 g/m2의 양으로 APG-함유 다성분 혼합물이 사용되는 것을 특징으로 하는 용도.
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